اصلاح سطح نانولوله‌های کربنی چند دیواره عامل‌دار شده برای ازدیاد برداشت نفت با آب دریای کم‌شور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 بخش مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی نفت و پتروشیمی، دانشگاه حکیم سبزواری، ایران

چکیده

در مطالعه پیش رو، نانوکمپلکس جدیدی با اصلاح سطح نانولوله‌‌های کربنی چند دیواره عامل‌دار شده با گروه کربوکسیل، سنتز و به‌کار گرفته شده است. اصلاح سطح توسط ماده فعال‌سطحی ستیل‌تری‌متیل آمونیوم بروماید (CTAB) و پلیمر پلی اتیلن گلایکول (PEG) صورت گرفته است. عملکرد این نانوکمپلکس سپس در برهم‌کنش‌های بین‌سطحی بین آب، نفت‌خام و سنگ دولومیتی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان‌دهنده پتانسیل بالای نانوکمپلکس در کاهش کشش بین‌سطحی است به‌طوری‌که کمترین مقدار mN/m 33/0 برای کشش بین‌سطحی بین نفت خام و آب دریای کم‌شور ثبت شده است. بر این اساس، مقدار غلظت بحرانی تشکیل مایسل (CMC) در سطح تماس نفت با آب مقطر و آب کم‌شور به‌ترتیب برابر mg/L 250 و mg/L 60 محاسبه شده است. نانوکمپلکس مورد بررسی همچنین تأثیر بسیار مناسبی بر تغییر ترشوندگی نمونه سنگ مورد بررسی داشته است، به‌طوری‌که مقدار mg/L 50 از آن زاویه تماس آب با سطح سنگ را از °128 به °26 کاهش داده است. علاوه‌بر این موارد، بررسی ضرایب برازش به‌دست آمده از تطابق داده‌های آزمایشگاهی حاصل از جذب نانوکمپلکس بر‌روی سطح دولومیت با دو مدل لانگمور و فروندلیش نشان می‌دهد که جذب نانوکمپلکس از مدل لانگمور پیروی می‌کند که قادر به توجیه میزان پایین جذب آن بوده است. علاوه‌بر این، حضور نمک میزان جذب را افزایش داده است. عملکرد بسیار مناسب نانوکمپلکس در غلظت‌های پایین احتمال آسیب به سازند و کاهش تراوایی را کاهش می‌دهد که مزیت اقتصادی را نیز به همراه دارد. نانوکمپلکس معرفی شده نسبت به نمونه‌های پیشین که بر پایه‌ نانولوله های کربنی ساخته شده بودند، از کارآیی بالاتری برخوردار بوده و به‌عنوان افزودنی مؤثر جهت ازدیاد برداشت از مخازن کربناته توصیه می‌شود
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Surface Modification of Functionalized Multi-walled Carbon Nanotubes for EOR Using Low Salinity Seawater

نویسندگان [English]

  • Meysam Mahdavinezhad 1
  • Amin Kazemi-Beydokhti 2
  • Ali Sanati 2
  • Mohamad Reza Malayeri 1
1 Department of Petroleum Engineering, School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Iran
2 Department of Chemical Engineering, School of Petroleum and Petrochemical Engineering, Hakim Sabzevari University, Sabzevar, Iran
چکیده [English]

 
Recently, nanoparticles of various types have been used in enhanced oil recovery (EOR) research studies. Their tiny size and unique structure made them potential additives to take part in fluid/fluid and fluid/rock interactions leading to increased recovery from depleted oil reservoirs. Among different nanoparticles, multi-walled carbon nanotubes, because of their functionalization and possibility of surface modification, an abundance of carbon sources and reasonable price have gained increased attention. In this work, a novel nano-complex has been synthesized by surface modification of functionalized multi-walled carbon nanotubes using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant and polyethylene glycol (PEG) polymer. The prepared nano-complex was then used as an EOR agent in a crude oil-low salinity seawater-dolomite system. The experimental results revealed profound reduction of IFT in the presence of the nano-complex where an IFT value of 0.5 mN/m at critical micelle concentration (CMC) of 60 ppm was recorded. Moreover, profound wettability alteration from oil-wet toward water-wet state and low adsorption of the nano-complex on dolomite surface further confirmed its applicability in EOR practices.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Enhanced Oil Recovery
  • Multi-walled Carbon Nanotube
  • Cetyltrimethylammonium Bromide
  • Polyethylene Glycol
  • Interfacial Tension Reduction
  • Wettability Alteration
[1]. Soleimani H, Baig M K, Yahya N, Khodapanah L, Sabet M, Demiral B M, Burda M (2018) Impact of carbon nanotubes based nanofluid on oil recovery efficiency using core flooding, Results in Physics, 9: 39-48. ##
[2] Ershadi M, Alaei M, Rashidi A, Ramazani A, Khosravani S (2015) Carbonate and sandstone reservoirs wettability improvement without using surfactants for chemical enhanced oil recovery (C-EOR), Fuel, 153: 408-415.‏ ##
[3] Alnarabiji M S, Yahya N, Shafie A, Solemani H, Chandran K, Abd Hamid S. B, Azizi K (2016) The influence of hydrophobic multiwall carbon nanotubes concentration on enhanced oil recovery, Procedia Engineering, 148: 1137-1140.‏ ##
[4] Esfandyari Bayat A, Junin R, Samsuri A, Piroozian A, Hokmabadi M (2014) Impact of metal oxide nanoparticles on enhanced oil recovery from limestone media at several temperatures, Energy and Fuels, 28, 10: 6255-6266.‏ ##
[5] Shen M, Resasco D E (2009) Emulsions stabilized by carbon nanotube− silica nanohybrids, Langmuir, 25, 18: 10843-10851.‏
[6] Negin C, Ali S, Xie Q (2016) Application of nanotechnology for enhancing oil recovery–A review, Petroleum, 2, 4: 324-333. ##
[7] Ghalamizade Elyaderani S M, Jafari A, Razavinezhad J (2019) Experimental investigation of mechanisms in functionalized multiwalled carbon nanotube flooding for enhancing the recovery from heavy-oil reservoirs, SPE Journal, 24, 06: 2681-2694‏. ##
[8] Soleimani H, Yahya N, Baig, M K, Khodapanah L, Sabet M, Burda M, Awang M (2015) Synthesis of carbon nanotubes for oil-water interfacial tension reduction, Oil Gas Res, 1, 1: 1000104‏. ##
[9] Baez J, Ruiz M P, Faria J, Harwell J H, Shiau B, Resasco D E (2012) Stabilization of interfacially-active-nanohybrids/polymer suspensions and transport through porous media, In SPE Improved Oil Recovery Symposium, Society of Petroleum Engineers‏.##
[10] Villamizar L, Lohateeraparp P, Harwell J, Resasco D, Shiau B (2010) Interfacially active SWNT/silica nanohybrid used in enhanced oil recovery, In SPE Improved Oil Recovery Symposium, OnePetro‏. ##
[11]Bornaee A H, Manteghian M, Rashidi A, Alaei M, Ershadi M (2014) Oil-in-water Pickering emulsions stabilized with functionalized multi-walled carbon nanotube/silica nanohybrids in the presence of high concentrations of cations in water, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 20, 4: 1720-1726‏. ##
[12] Kazemzadeh Y, Dehdari B, Etemadan Z, Riazi M, Sharifi M (2019) Experimental investigation into Fe3O4/SiO2 nanoparticle performance and comparison with other nanofluids in enhanced oil recovery, Petroleum Science, 16, 3: 578-590‏. ##
[13] Sanati A, Rahmani S, Nikoo A H, Malayeri M R, Busse O, Weigand J J (2021) Comparative study of an acidic deep eutectic solvent and an ionic liquid as chemical agents for enhanced oil recovery, Journal of Molecular Liquids, 329: 115527‏. ##
[14] Eitan A, Jiang K, Dukes D, Andrews R, Schadler L S (2003) Surface modification of multiwalled carbon nanotubes: toward the tailoring of the interface in polymer composites, Chemistry of Materials, 15, 16: 3198-3201‏.##
[15] Kanbur Y, Küçükyavuz Z (2011) Surface modification and characterization of multi-walled carbon nanotube, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 19, 6: 497-504. ##
[16] Ravelli D, Merli D, Quartarone E, Profumo A, Mustarelli P, Fagnoni M (2013) PEGylated carbon nanotubes: preparation, properties and applications, RSC advances, 3, 33: 13569-13582‏. ##
[17] Chattopadhyay J, de Jesus Cortez F, Chakraborty S, Slater N K, Billups W E (2006) Synthesis of water-soluble PEGylated single-walled carbon nanotubes, Chemistry of Materials, 18, 25: 5864-5868‏.##
[18] Kazemi-Beydokhti A, Hajiabadi S H (2018) Rheological investigation of smart polymer/carbon nanotube complex on properties of water-based drilling fluids, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 556: 23-29. ##
[19] Hendraningrat L, Li S, Torsæter O (2013) A coreflood investigation of nanofluid enhanced oil recovery. Journal of Petroleum Science and Engineering, 111: 128-138. ##
[20] Zhang P, Tweheyo M T, Austad T (2006) Wettability alteration and improved oil recovery in chalk: The effect of calcium in the presence of sulfate, Energy and Fuels, 20, 5: 2056-2062. ##
[21] Yousef A A, Al-Saleh S, Al-Kaabi A, Al-Jawfi M (2011) Laboratory investigation of the impact of injection-water salinity and ionic content on oil recovery from carbonate reservoirs, SPE Reservoir Evaluation and Engineering, 14, 05: 578-593‏. ##
[23] Moslan M S, Wan Sulaiman W R, Ismail A R, Jaafar M Z, Ismail I S S H A M (2016) Wettability alteration of dolomite rock using nanofluids for enhanced oil recovery, In Materials Science Forum, 864: 194-198. ## ‏